Đinh Trường Sơn, Nguyễn Xuân Cảnh
Khoa Công nghệ sinh học – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Kể từ khi bắt đầu làm nông nghiệp, khoảng 10.000 năm trước công nguyên, con người đã chọn những cây trồng có đặc điểm vượt trội để canh tác. Đến năm 2050, dân số toàn cầu được dự đoán sẽ tăng lên 9,2 tỷ người, đòi hỏi tăng 60% sản lượng lương thực toàn cầu (Underwood et al., 2013). Những thách thức của việc nuôi sống thế giới là rất lớn và là động lực cho các nhà khoa học tìm kiếm các phương pháp sản xuất nông nghiệp hiệu quả hơn bao gồm canh tác chính xác, nông nghiệp thông minh, quản lý dịch hại cây trồng tổng hợp,… trong đó, nghiên cứu phát triển giống mới được coi là một trong số các khâu quan trọng hàng đầu và là nguyên nhân dẫn tới sự tăng của trên 50% năng suất cây trồng trong thế kỷ qua (Duvick, 1984). Cuộc cách mạng xanh là một ví dụ sinh động về tác động của chọn tạo giống cây trồng có thể tạo ra đối với kinh tế và xã hội trên toàn thế giới, trong đó các nhà chọn tạo giống đã dựa vào hai công cụ quan trọng nhất đó là tái tổ hợp gen và chọn lọc sau khi lai tạo. Các chiến lược chọn tạo, cải tiến giống cây trồng đều dựa trên việc tạo và khai thác biến dị di truyền. Có nhiều phương pháp để tạo biến đổi di truyền trong đó phổ biến nhất là lai tạo. Ngày nay, hầu hết các nghiên cứu chọn tạo giống mới đều sử dụng các công cụ công nghệ sinh học (sinh học phân tử, kỹ thuật di truyền, nuôi cấy mô, chỉ thị phân tử, lập bản đồ gen, giải trình tự, kết hợp các ngành khoa học “omics”…) (Oladosu et al., 2016; Su et al., 2019). Thêm vào đó, việc “Tạo biến dị di truyền theo định hướng - Alter by design” cho phép biến đổi vật chất di truyền một cách chính xác bao gồm chuyển gen hoặc chỉnh sửa bộ gen nhằm tạo được các quần thể đột biến có chi phí thấp, nhanh chóng, mức độ chính xác cao đồng thời có khả năng vượt qua được các rào cản mà các công cụ truyền thống không thể vượt qua được (Jankowicz-Cieslak et al., 2017).
    |
 |
| Hình 1. Sơ đồ chọn tạo giống dựa trên giải trình tự (Varshney et al., 2019) |
Chọn tạo giống cây trồng đòi hỏi sự kiên trì và thông thường kéo dài từ 8 -12 năm trong đó bắt buộc phải sử dụng các công cụ chọn giống truyền thống để tạo ra một giống mới (Hickey et al., 2019). Có thể khẳng định, công nghệ sinh học không thể thay thế các phương pháp chọn tạo giống cổ điển. Sự kết hợp của cả hai lĩnh vực làm tăng độ chính xác, giảm thời gian và cho hiệu quả cao hơn (Hickey et al., 2019; Razzaq et al., 2019; Su et al., 2019). Sơ đồ tích hợp các phương pháp chọn giống cổ điển với các công cụ công nghệ sinh học được minh họa trên Hình 2.
|
 |
| Hình 2. Sơ đồ tích hợp hệ thống chọn tạo giống |
Công nghệ sinh học, thông qua tác động to lớn tới chọn tạo giống cây trồng, có thể là tác nhân dẫn tới một cuộc cách mạng xanh mới. Sự đóng góp của công nghệ sinh học cho nông nghiệp đã được cảm nhận ở nhiều quốc gia trong đó có Hoa Kỳ, Brazil, Argentina, Canada và một số quốc gia khác. Mặc dù vẫn còn có những nghi ngại về ảnh hưởng của sinh vật biến đổi gen, cây trồng công nghệ sinh học tới sức khỏe con người, môi trường,… cho tới nay, đã có 26 quốc gia trồng 191,7 triệu ha cây trồng công nghệ sinh học (tăng gần 113 lần so với năm 1996) (ISAAA Brief No. 54, 2018). Như vậy, công nghệ sinh học có tiềm năng và triển vọng vô cùng lớn đối với sự phát triển nông nghiệp. Tuy nhiên, cần có các biện pháp đánh giá, quản lý nguy cơ và rủi ro của cây trồng công nghệ sinh học đối với con người và môi trường (Oliver et al., 2011; Bandyopadhyay, 2018). Thêm vào đó, cần xây dựng được hệ thống quản lý, sản xuất cây trồng công nghệ sinh học an toàn, hiệu quả và bền vững, phù hợp với điều kiện thực tiễn ở nước ta.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bandyopadhyay D (2018) Genetically Modified Crops, Agriculture and Biosafety. In Securing Our Natural Wealth: A Policy Agenda for Sustainable Development in India and for Its Neighboring Countries. Springer Singapore, Singapore, pp 81-91
Duvick DN (1984) Progress in Conventional Plant Breeding. In JP Gustafson, ed, Gene Manipulation in Plant Improvement: 16th Stadler Genetics Symposium. Springer US, Boston, MA, pp 17-31
Hickey LT, A NH, Robinson H, Jackson SA, Leal-Bertioli SCM, Tester M, Gao C, Godwin ID, Hayes BJ, Wulff BBH (2019) Breeding crops to feed 10 billion. Nat Biotechnol 37: 744-754
ISAAA Brief No. 54 (2018) Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2018. ISAAA: Ithaca, NY.
Jankowicz-Cieslak J, Mba C, Till BJ (2017) Mutagenesis for Crop Breeding and Functional Genomics. In J Jankowicz-Cieslak, TH Tai, J Kumlehn, BJ Till, eds, Biotechnologies for Plant Mutation Breeding: Protocols. Springer International Publishing, Cham, pp 3-18
Oladosu Y, Rafii MY, Abdullah N, Hussin G, Ramli A, Rahim HA, Miah G, Usman M (2016) Principle and application of plant mutagenesis in crop improvement: a review. Biotechnology & Biotechnological Equipment 30: 1-16
Oliver B, Alessandra S, Kakoli G, Andrea S (2011) Biosafety Resource Book - Test and post-release monitoring of genetically modified organisms (GMOs),
Razzaq A, Saleem F, Kanwal M, Mustafa G, Yousaf S, Imran Arshad HM, Hameed MK, Khan MS, Joyia FA (2019) Modern Trends in Plant Genome Editing: An Inclusive Review of the CRISPR/Cas9 Toolbox. Int J Mol Sci 20
Su J, Jiang J, Zhang F, Liu Y, Ding L, Chen S, Chen F (2019) Current achievements and future prospects in the genetic breeding of chrysanthemum: a review. Hortic Res 6: 109
Underwood E, Baldock D, Aiking H, Buckwell A, Dooley E, Frelih-Larsen A, Naumann S, O’Connor C, Poláková J, Tucker G (2013) Technology options for feeding 10 billion people. In Synthesis report - Options for sustainable food and agriculture in the EU,
Varshney RK, Pandey MK, Bohra A, Singh VK, Thudi M, Saxena RK (2019) Toward the sequence-based breeding in legumes in the post-genome sequencing era. Theoretical and Applied Genetics 132: 797-816